气体介质的电气强PPT学习教案.pptx

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1、会计学1气体介质气体介质(jizh)的电气强的电气强第一页，共100页。n n通常都采用实验的方法来求取某些典型通常都采用实验的方法来求取某些典型(dinxng)(dinxng)电极所构电极所构成的气隙的击穿特性，以满足工程实用的需要。典型成的气隙的击穿特性，以满足工程实用的需要。典型(dinxng)(dinxng)电极如：电极如：n n“棒一板棒一板”电极电极 n n“棒一棒棒一棒”电极电极 n n“球一球球一球”电极电极 n n 同轴圆筒电极同轴圆筒电极第1页/共100页第二页，共100页。气体(qt)电气强度取决于：电场形式(xngsh)均匀或稍不均匀电场中，气体击穿场强为30kV/cm

2、 v极不均匀电场，达到(d do)30kV/cm出现电晕所加电压的类型 v工频交流电压 v直流电压 v雷电过电压 v操作过电压第2页/共100页第三页，共100页。第一节 均匀(jnyn)电场和稍不均匀(jnyn)电场的击穿特性均匀直流电场(din chng)的击穿特性 稍不均匀电场(din chng)气隙的击穿特性 球间隙 同轴圆筒第3页/共100页第四页，共100页。一、均匀(jnyn)直流电场的击穿特性如果平板间距很大，则为了消除电极(dinj)边缘效应，必须将电极(dinj)的尺寸选得很大，这是不现实的。因此工程中一般极间距离（d）不大。均匀电场只有一种，那就是消除(xioch)了电极

3、边缘效应的平板电极之间的电场。第4页/共100页第五页，共100页。n n均匀电场：均匀电场：n n两个电极形状完全相同且对称两个电极形状完全相同且对称(duchn)(duchn)布置，因而不存在布置，因而不存在极性效应。极性效应。n n均匀电场中各处的电场强度均相等，击穿所需的时间极短均匀电场中各处的电场强度均相等，击穿所需的时间极短 n n在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压实际上都相同在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压实际上都相同 n n击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快就变平，冲击系数击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快就变平，冲击系数1 1第5页/共100页第六页，共100页。图

4、2-1为实验所得到的均匀电场空气间隙击穿电压特性(txng)。它也可用下页的经验公式来表示：第6页/共100页第七页，共100页。kV-击穿电压峰值,kV-极间距离-空气相对密度上式完全符合巴申定律，因为它也可改写成：第7页/共100页第八页，共100页。由上式或图2-1可知，随着极间距离d的增大(zn d)，击穿场强Eb稍有下降，在d=110cm的范围内，其击穿场强约为30kV/cm。相应(xingyng)的平均击穿场强：(kV/cm)第8页/共100页第九页，共100页。二、稍不均匀电场气隙的击穿特性二、稍不均匀电场气隙的击穿特性与均匀电场相似，冲击系数接近与均匀电场相似，冲击系数接近1

5、1，冲击击穿电压与工频击，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等。穿电压及直流击穿电压相等。1 1、球间隙、球间隙 若球间距离若球间距离(jl)d(jl)d，球极直径为，球极直径为D D dD/4 dD/4 dD/4时，不均匀度增大，大地影响加大时，不均匀度增大，大地影响加大 一般取一般取d d D/2 D/2范围内工作范围内工作第9页/共100页第十页，共100页。2、同轴圆筒外筒内半径R=10cm，改变内筒外半径r之值，气隙起始(q sh)电晕电压Uc和击穿电压随内筒外直径r变化规律如图2-3所示。第10页/共100页第十一页，共100页。小 结均匀电场 消除电极边缘效应的平板电极

6、板间距离d一般不大 击穿特性符合巴申定律 稍不均匀电场 冲击系数接近1，冲击击穿电压(diny)与工频击穿电压(diny)及直流击穿电压(diny)相等第11页/共100页第十二页，共100页。第二节 极不均匀电场(din chng)气隙的击穿特性直流电压 工频交流电压 雷电冲击(chngj)电压 操作冲击(chngj)电压第12页/共100页第十三页，共100页。“棒棒”气隙：完全(wnqun)对称性“棒板”气隙：最大不对称性其它类型不均匀电场(din chng)气隙击穿特性介于这两种之间。对于实际工程中遇到的各种(zhn)极不均匀电场气隙来说，均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或“棒

7、-板”两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气强度。在各种各样的极不均匀电场气隙中：第13页/共100页第十四页，共100页。一、直流电压 “棒棒”和“棒板”击穿(j chun)特性见图2-4。可以看出：“棒板”负极(fj)性击穿电压大大高于正极性击穿电压。第14页/共100页第十五页，共100页。二、工频二、工频(n pn)(n pn)交流电压交流电压升压方式：升压方式：电压慢电压慢慢升高，直至发生击穿。升压的速率一电压慢电压慢慢升高，直至发生击穿。升压的速率一般控制在每秒升高预期击穿电压值的般控制在每秒升高预期击穿电压值的3 3。“棒棒-棒棒”气隙的工频气隙的工频(n pn)(n pn)击穿

8、电压要比击穿电压要比“棒棒-板板”气隙高一些，因为相对而言，气隙高一些，因为相对而言，“棒棒-棒棒”气隙的电气隙的电场要比场要比“棒棒-板板”气隙稍为均匀一些。气隙稍为均匀一些。第15页/共100页第十六页，共100页。图2-6是空气中棒间隙的工频(n pn)击穿电压与气隙长度的关系曲线，可以看出，在气隙长度d不超过1m时，“棒-棒”与“棒-板”气隙的工频(n pn)击穿电压几乎一样，但在d进一步增大后，二者的差别就变得越来越大了。第16页/共100页第十七页，共100页。图2-7是空气间隙更长时的试验数据，为了进行比较，图中同时绘有“导线-导线”和“导线-杆塔(gnt)”空气间隙的试验结果。

9、第17页/共100页第十八页，共100页。从图中可以看出，随着气隙长度(chngd)的增大，“棒-板”气隙的平均击穿场强明显降低，即存在“饱和”现象。第18页/共100页第十九页，共100页。n n当气隙的击穿场强当气隙的击穿场强“饱和饱和”时，再增大时，再增大“棒棒-板板”气隙的气隙的长度，已不能有效地提高其工频击穿电压。长度，已不能有效地提高其工频击穿电压。n n各种气隙的工频击穿电压分散性一般各种气隙的工频击穿电压分散性一般(ybn)(ybn)不大，其标不大，其标准偏差准偏差值不会超过值不会超过2%-3%2%-3%。第19页/共100页第二十页，共100页。在1.5/40uS雷电(lid

10、in)冲击电压作用下，“棒-棒”和“棒-板”气隙的50冲击击穿电压与极间距离d的关系如图28所示。三、雷电(lidin)冲击电压第20页/共100页第二十一页，共100页。气隙长度(chngd)更大的实验结果见图29。对于1.2/50uS标准冲击(chngj)电压波上述两图亦适用。由图可见，“棒板”气隙的冲击(chngj)击穿电压具有明显的极性效应，棒极为正极性的击穿电压比负极性时数值低得多。“棒板”气隙的极性效应对击穿特性的影响比“棒棒”气隙的要大。第21页/共100页第二十二页，共100页。四、操作冲击(chngj)电压 我国采用如图117所示的250/2500us标准(biozhn)操作

11、冲击波形。第22页/共100页第二十三页，共100页。随着输电电压的不断提高：额定电压超过220kV的超高压输电系统，应按操作过电压下的电气特性进行绝缘(juyun)设计 超高压电力设备也应采用操作冲击电压来进行高压试验下面来看一下极不均匀电场长气隙时操作冲击电压(diny)下的击穿具有的特点：第23页/共100页第二十四页，共100页。(1)操作冲击电压波形对气隙的电气强度有很大的影响，击穿电压U50%(s)与波前时间Tcr的关系曲线(qxin)呈现“U”形，在某一最不利的波前时间Tc下，出现极小值。第24页/共100页第二十五页，共100页。(2)气隙的操作冲击电压(diny)不但远低于雷

12、电冲击电压(diny)，在某些波前时间范围内，甚至比工频击穿电压(diny)还要低。各种类型作用电压下，以操作冲击电压下的电气(dinq)强度最小。在确定电力设施的空气间距时，必须考虑到这一重要情况。第25页/共100页第二十六页，共100页。(4)操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间(shjin)的分散性都要比雷电冲击电压下大得多。(3)极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有显著(xinzh)的“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性却是线性的。电气强度最差的正极性“棒板”气隙的饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m以后，这对特高压输电技术来说，是一个极其不利的制约因素。第26页/共100

13、页第二十七页，共100页。小 结直流电压下“棒板”负极性击穿(j chun)电压大大高于正极性击穿(j chun)电压 工频交流电压下“棒-棒”气隙的击穿(j chun)电压要比“棒-板”气隙高一些 雷电冲击电压下“棒板”电极，棒极为正极性的击穿(j chun)电压比负极性时数值低得多 掌握操作冲击电压下击穿(j chun)特点第27页/共100页第二十八页，共100页。对空气密度的校正(jiozhng)对湿度(shd)的校正 对海拔(hib)的校正第三节 大气条件对气隙击穿特性的影响及校正第28页/共100页第二十九页，共100页。前面介绍的不同气隙在各种(zhn)电压下的击穿特性均对应于标

14、准大气条件和正常海拔高度。由于大气的压力、温度(wnd)、湿度等条件都会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，所以也必然会影响气隙的击穿电压。海拔高度的影响亦与此类似，因为随着海拔高度的增加，空气的压力(yl)和密度均下降。第29页/共100页第三十页，共100页。压力(yl)：p0=101.3kPa(760mmHg)；温度(wnd)：t0=20摄氏度或T0=293K；绝对湿度(judu shd)：hc=11g/m3。国标规定的大气条件：正由于此，在不同大气条件和海拔高度下所得出的击穿电压实测数据都必须换算到某种标准条件下才能互相进行比较。第30页/共100页第三十一页，共10

15、0页。上式不仅适用于气隙的击穿(j chun)电压，也适用于外绝缘的沿面闪络电压。：空气密度校正因数：湿度校正因数 实验条件下的气隙击穿电压 与标准大气条件下的击穿电压 之间关系：第31页/共100页第三十二页，共100页。在进行高压试验时，也往往要根据实际(shj)试验时的大气条件，将试验标准中规定的标准大气条件下的试验电压值换算得出实际(shj)应加的试验电压值。下面分别(fnbi)讨论各个校正因数的取值：第32页/共100页第三十三页，共100页。一、对空气密度的校正(jiozhng)空气密度与压力和温度有关。由教材(jioci)第13页式(1-19)可知，空气的相对密度：式中：气压,k

16、Pa ：温度,K.第33页/共100页第三十四页，共100页。实验表明，当 处于0.951.05的范围内时，气隙的击穿电压几乎与 成正比，即此时的空气密度校正因数 ，因而：在大气条件下，气隙的击穿电压随 的增大而提高。第34页/共100页第三十五页，共100页。气隙不很长(例如不超过1m)时：上式能足够准确地适用于各种电场(din chng)型式和各种电压类型下作近似的工程估算。更长的空气间隙：击穿电压与大气条件变化的关系(gun x)，并不是一种简单的线性关系(gun x)，而是随电极形状、电压类型和气隙长度而变化的复杂关系(gun x)。第35页/共100页第三十六页，共100页。除了在气

17、隙长度不大、电场也比较均匀或长度虽大、但击穿(j chun)电压仍随气隙长度呈线性增大(如雷电冲击电压)的情况下，上式仍可适用外，其他情况下的空气密度校正因数应按下式求取：式中指数m，n与电极形状、气隙长度、电压(diny)类型及其极性有关，其值在0.41.0的范围内变化,具体取值国家标准中有规定。第36页/共100页第三十七页，共100页。二、对湿度(shd)的校正 正如上一章“负离子的形成”一段中所介绍的那样，大气中所含的水气分子能俘获(fhu)自由电子而形成负离子，这对气体中的放电过程显然起着抑制作用，可见大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会增高。第37页/共100页第三十八页，共100页

18、。在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时，整个气隙的电场强度都较大，电子的运动速度较快，不易被水气分子所俘获，因而湿度的影响就不太明显，可以忽略不计。例如用球隙测量(cling)高电压时，只需要按空气相对密度校正其击穿电压就可以了，而不必考虑湿度的影响。第38页/共100页第三十九页，共100页。在极不均匀电场(din chng)中，湿度的影响就很明显了，这时可以用下面的湿度校正因数来加以修正：式中的因数k与绝对湿度和电压(diny)类型有关，而指数之值则取决于电极形状、气隙长度、电压(diny)类型及其极性。第39页/共100页第四十页，共100页。三、对海拔(hib)的校正 我国幅员辽阔，有不

19、少(b sho)电力设施(特别是输电线路)位于高海拔地区。随着海拔高度的增大，空气变得逐渐稀薄，大气压力和相对密度减小，因而空气的电气强度也将降低。海拔高度对气隙的击穿电压(diny)和外绝缘的闪络电压(diny)的影响可利用一些经验公式求得。第40页/共100页第四十一页，共100页。我国国家标准规定：对于安装在海拔高于1000m、但不超过4000m处的电力设施外绝缘，其试验(shyn)电压U应为平原地区外绝缘的试验(shyn)电压Up乘以海拔校正因数足Ka即：而：式中H为安装点的海拔高度，单位是m。第41页/共100页第四十二页，共100页。在不同大气条件和海拔高度下所得出(d ch)的击

20、穿电压实测数据都必须换算到某种标准条件下才能互相进行比较。对空气密度、湿度和海拔，分别有不同的校正方法。小 结 第42页/共100页第四十三页，共100页。第四节 提高气体介质电气(dinq)强度的方法改进电极形状以改善电场分布 利用空间电荷改善电场分布 采用(ciyng)屏障 采用(ciyng)高气压 采用(ciyng)高电气强度气体 采用(ciyng)高真空第43页/共100页第四十四页，共100页。为了缩小电力设施的尺寸，总希望将气隙长度或绝缘距离尽可能取得小一些，为此就应采取措施来提高(t go)气体介质的电气强度。从实用角度出发，要提高(t go)气隙的击穿电压不外乎采用两条途径：改

21、善气隙中的电场(din chng)分布，使之均匀；设法削弱和抑制气体介质中的电离(dinl)过程。第44页/共100页第四十五页，共100页。一、改进电极形状(xngzhun)以改善电场分布 电场(din chng)分布越均匀，气隙的平均击穿场强也就越大。因此，可以通过改进电极形状的方法来减小气隙中的最大电场(din chng)强度，以改善电场(din chng)分布，提高气隙的击穿电压。如：增大电极(dinj)的曲率半径 消除电极表面的毛刺 消除电极表面尖角第45页/共100页第四十六页，共100页。利用屏蔽来增大电极的曲率(ql)半径是一种常用的方法。以电气强度最差的“棒一板”气隙为例，如

22、果在棒极的端部加装一只直径适当的金属球，就能有效地提高气隙的击穿电压。第46页/共100页第四十七页，共100页。图2-13表明采用不同直径屏蔽球时的效果(xiogu)，例如在极间距离为100cm时，采用一直径为75cm的球形屏蔽极就可使气隙的击穿电压约提高1倍。第47页/共100页第四十八页，共100页。许多高压电气装置的高压出线端(例如电力设备高压套管导杆上端)具有尖锐的形状，往往需要加装屏蔽罩来降低出线端附近空间的最大场强，提高电晕起始电压。屏蔽罩的形状和尺寸应选得使其电晕起始电压 大于装置的最大对地工作电压 ，即：第48页/共100页第四十九页，共100页。最简单(jindn)的屏蔽罩

23、当然是球形屏蔽极，它的半径R按下式选择：超高压输电线路上(l shng)应用屏蔽原理来改善电场分布以提高电晕起始电压的实例有：超高压线路绝缘子串上安装的保护金具(均压环)、超高压线路上(l shng)采用的扩径导线等。式中 ：电晕放电起始场强。第49页/共100页第五十页，共100页。二、利用空间电荷改善电场(din chng)分布 由于极不均匀电场(din chng)气隙被击穿前一定先出现电晕放电，所以在一定条件下，还可以利用放电本身所产生的空间电荷来调整和改善空间的电场(din chng)分布，以提高气隙的击穿电压。第50页/共100页第五十一页，共100页。三、采用(ciyng)屏障 由

24、于气隙中的电场分布和气体放电的发展过程都与带电粒子在气隙空间的产生、运动和分布密切有关，所以在气隙中放置形状和位置合适、能阻碍带电粒子运动和调整空间电荷分布的屏障(pngzhng)，也是提高气体介质电气强度的一种有效方法。第51页/共100页第五十二页，共100页。屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极同号的空间电荷，这样就能使电晕电极与屏障之间的空间电场强度(qingd)减小，从而使整个气隙的电场分布均匀化。屏障用绝缘材料制成，但它本身(bnshn)的绝缘性能无关紧要，重要的是它的密封性(拦住带电粒子的能力)。它一般安装在电晕间隙中，其表面与电力线垂直。第52页/共100页第五十三页，共100

25、页。如图(2-14)，虽然这时屏障与另一电极之间的空间电场强度反而增大了，但其电场形状变得更象两块平板电极之间的均匀电场，所以(suy)整个气隙的电气强度得到了提高。第53页/共100页第五十四页，共100页。有屏障气隙的击穿(j chun)电压与该屏障的安装位置有很大的关系。以图215所示的“棒一板”气隙为例，最有利的屏障位置在x=(1/51/6)d处，这时该气隙的电气强度在正极性直流时约可增加为23倍。第54页/共100页第五十五页，共100页。但当棒为负极性时，即使屏障(pngzhng)放在最有利的位置，也只能略微提高气隙的击穿电压(例如20)，而在大多数位置上，反而使击穿电压有不同程度

26、的降低。第55页/共100页第五十六页，共100页。在冲击电压(diny)下，屏障的作用要小一些，因为这时积聚在屏障上的空间电荷较少。显然，屏障在均匀或稍不均匀电场的场合(chng h)就难以发挥作用了。第56页/共100页第五十七页，共100页。四、采用(ciyng)高气压 在常压下空气的电气强度是比较低的，约为30kV/cm。即使采取上述各种措施来尽可能改善电场，其平均(pngjn)击穿场强也不可能超越这一极限，可见常压下空气的电气强度要比一般固体和液体介质的电气强度低得多。第57页/共100页第五十八页，共100页。如果把空气加以压缩，使气压大大超过0.1MPa(1atm)，那么它的电气

27、强度也能得到显著的提高。这主要是因为提高气压可以大大减小电子的自由行程长度，从而削弱(xuru)和抑制了电离过程。如能在采用高气压的同时，再以某些高电气(dinq)强度气体（例如SF6气体）来代替空气，那就能获得更好的效果。第58页/共100页第五十九页，共100页。图216为不同气压的空气和SF6气体、电瓷、变压器油、高真空等的电气(dinq)强度比较。从图上可以看出：28MPa的压缩空气具有很高的击穿电压。1-空气(kngq)，气压为2.8MPa 5-电瓷 2-SF6，0.7Mpa 6-SF6,0.1Mpa 3-高真空 7-空气(kngq),0.1Mpa 4-变压器油 第59页/共100页

28、第六十页，共100页。但采用高气压会对电气设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求，往往(wngwng)难以实现。如果用SF6来代替空气，为了达到同样的电气强度，只要采用07MPa左右的气压就够了。1-空气，气压(qy)为2.8MPa 5-电瓷 2-SF6，0.7Mpa 6-SF6,0.1Mpa 3-高真空 7-空气,0.1Mpa 4-变压器油 第60页/共100页第六十一页，共100页。五、采用(ciyng)高电气强度气体 有一些含卤族元素的强电负性气体(qt)电气强度特别高，因而可称之为高电气强度气体(qt)。采用这些气体(qt)来替换空气，可以大大提高气隙的击穿电压，甚至在空气中混入一部

29、分这样的气体(qt)也能显著提高其电气强度。第61页/共100页第六十二页，共100页。但仅仅满足高电气强度是不够的，还必须满足以下(yxi)条件：液化温度要低，这样才能(cinng)同时采用高气压；良好的化学稳定性，出现放电时不易分解、不燃烧或爆炸、不产生有毒物质；生产不太困难(kn nn)，价格不过于昂贵。第62页/共100页第六十三页，共100页。SF6同时满足以上条件(tiojin)，而且还具备优异的灭弧能力，其他有关的技术性能也相当好，因此SF6及其混合气体在电力系统中得到了广泛应用。第63页/共100页第六十四页，共100页。六、采用(ciyng)高真空 采用高真空也可以减弱气隙中

30、的碰撞(pn zhun)电离过程而显著提高气隙的击穿电压。在电力设备中实际采用高真空作为(zuwi)绝缘媒质的情况还不多，主要因为在各种设备的绝缘结构中大都还要采用各种固体或液体介质，它们在真空中都会逐渐释出气体，使高真空难以长期保持。第64页/共100页第六十五页，共100页。目前高真空仅在真空断路器中得到实际应用，真空不但(bdn)绝缘性能较好，而且还具有很强的灭弧能力，所以用于配电网中的真空断路器还是很合适的。第65页/共100页第六十六页，共100页。球形屏蔽(pngb)极可以显著改善电场分布，提高气隙的击穿电压；在气隙中放置形状和位置合适、能阻挡带电粒子运动和调整空间电荷分布的屏蔽(

31、pngb)，可明显提高气隙击穿电压；高气压和高强度气体相结合是一种有效的气体绝缘形式；高真空气体主要用于配电网真空断路器中。小 结第66页/共100页第六十七页，共100页。第五节 六氟化硫和气体(qt)绝缘电气设备六氟化硫的绝缘性能 六氟化硫理化特性方面的若干问题(wnt)六氟化硫混合气体 气体绝缘电气设备第67页/共100页第六十八页，共100页。六氟化硫(SF6)气体：20世纪60年代(nindi)开始作为绝缘媒质和灭弧媒质使用于某些电气设备(首先是断路器)中；至今已是除空气外应用最广泛的气体介质。第68页/共100页第六十九页，共100页。SF6的电气强度约为空气(kngq)的2.5倍

32、，灭弧能力更高达空气(kngq)的100倍以上，所以在超高压和特高压的范畴内，它已完全取代绝缘油和压缩空气(kngq)而成为唯一的断路器灭弧媒质。第69页/共100页第七十页，共100页。目前SF6不但应用于单一电力设备(shbi)，如：SF6断路器、气体绝缘变压器等。也被广泛采用于将多种变电设备(shbi)集于一体并密闭充SF6气体的容器之内的封闭式气体绝缘组合电器（GIS）和充气管输电线等装置中。第70页/共100页第七十一页，共100页。一、SF6的绝缘性能 SF6具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子(电子附着过程(guchng)，电子变成负离子

33、后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程(guchng)。第71页/共100页第七十二页，共100页。与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。SF6 优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分(chngfn)的发挥。电场的不均匀程度对SF6电气(dinq)强度的影响远比对空气的大。在设计以 SF6 气体作为绝缘的各种电气设备时，应尽可能使气隙中的电场均匀化，采用屏蔽等措施以消除一切(yqi)尖角处的极不均匀电场，使 SF6 优异的绝缘性能得到充分的利用。第72页/共100页第七十三页，共100页。(一)均匀和稍不均匀电场(d

34、in chng)中SF6的击穿 SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时，除了考虑第一章中所说的 过程外，还应计及电子附着过程，它可用一个与电子碰撞电离系数 的定义相似的电子附着系数 来表示，的定义是一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所发生的电子附着次数平均值。可见在电负性气体中的有效碰撞电离系数 应为：第73页/共100页第七十四页，共100页。参照式1-7，可写出均匀(jnyn)电场中的电子崩增长规律：这时应该注意：在一般气体中，正离子数等于新增的电子(dinz)数；而在电负性气体中，正离子数等于新增的电子(dinz)数与负离子数之和。所以在汤逊理论中不能将式(114)中的 简单地用(-

35、)来代替而得出电负性气体的自持放电条件。式中：n0-阴极表面处的初始电子数；na-到达(dod)阳极时的电子数第74页/共100页第七十五页，共100页。由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴(fnchu)，所以这里不再讨论其汤逊自持放电条件，而直接探讨其流注自持放电条件。为此，可参照式(120)写出均匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为：实验研究证明：对于SF6气体，常数(chngsh)K=10.5，相应的击穿电压为：(216)式中：p-气压，Mpa，d-极间距离，mm(kV)第75页/共100页第七十六页，共100页。在工程应用中，通常(tngchng)pd1MPa mm，

36、所以上式可近似地写成：前面(qin mian)已经提到，在气体绝缘电气设备中最常见的是稍不均匀电场气隙，例如同轴圆筒间的气隙。(217)(kV)式(216)和式(217)均表明，在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的击穿场强 ，几乎是空气的3倍。第76页/共100页第七十七页，共100页。图217给出R/r=1.67406的同轴圆筒中SF6的击穿场强Eb与气压(qy)p的关系曲线，由图中可见击穿场强并不与气压(qy)成正比，而是增加得少一些。第77页/共100页第七十八页，共100页。在稍不均匀电场中，极性对于(duy)气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中的

37、情况是相反的，此时负极性下的击穿电压反而比正极性时低10左右。冲击系数很小，雷电冲击时约为1.25，操作冲击时更小，只有1.051.1。第78页/共100页第七十九页，共100页。(二)极不均匀电场(din chng)中SF6的击穿 在极不均匀电场中，SF6气体(qt)的击穿有异常现象，主要表现在以下两个方面：如图所示，首先是工频击穿电压随气压的变化曲线(qxin)存在“驼峰”；第79页/共100页第八十页，共100页。虽然驼峰曲线在压缩空气中也存在(cnzi)，但一般要在气压高达1MPa左右才开始出现，而在SF6气体中，驼峰常出现在0.10.2MPa的气压下，即在工作气压以下。因此，在进行绝

38、缘设计时应尽可能设法避免极不均匀电场的情况。第80页/共100页第八十一页，共100页。其次是驼峰区段(q dun)内的雷电冲击击穿电压明显低于静态击穿电压，其冲击系数可低至06左右，如图218所示。第81页/共100页第八十二页，共100页。极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关。我们知道，空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高，但在雷电冲击电压的作用下，空间电荷来不及移动到有利的位置，故其击穿电压低于静态击穿电压；气压提高时空间电荷扩散得较慢，因此(ync)在气压超过0.10.2MPa时，屏蔽作用减弱，工频击穿电压会下降。第82页/共100页第八十三页，共100页。（

39、三）影响击穿场强的其它(qt)因素 气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论击穿场强，这是因为有许多影响因素会使它的击穿场强下降。此处仅介绍其中两种主要影响因素，即电极表面缺陷(quxin)和导电微粒。1.电极表面缺陷 图219表示电极表面粗糙度Ra对SF6，气体电气强度Eb的影响。第83页/共100页第八十四页，共100页。可以看出：GIS的工作气压越高，则Ra对Eb的影响越大，因而对电极表面(biomin)加工的技术要求也越高。电极表面粗糙度大时，表面突起处的局部电场强度(qingd)要比气隙的平均电场强度(qingd)大得多，因而可在宏观上平均场强尚未达到临界值时就诱发击穿。第84页/共1

40、00页第八十五页，共100页。除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星的随机缺陷，电极表面积越大，这类缺陷出现的概率也越大。所以电极表面积越大，SF6气体的击穿场强越低，这一现象被称为(chn wi)“面积效应”。2.导电(dodin)微粒 设备中的导电微粒有两大类，即固定微粒和自由微粒，前者的作用与电极表面(biomin)缺陷相似，而后者因会在极间跳动而对SF6气体的绝缘性能产生更大的不利影响。第85页/共100页第八十六页，共100页。二、六氟化硫理化特性方面(fngmin)的若干问题 气体要作为绝缘媒质(mizh)应用于工程实际，不但应具有高电气强度，而且还要具备良好的理化特性。SF6气

41、体是唯一获得广泛应用的强电负性气体的原因即在于此。下面对 SF6气体实际应用中的理化特性作一介绍：(一）液化(yhu)问题 现代SF6高压断路器的气压在0.7MPa左右，而GIS中除断路器外其余部分的充气压力一般不超过0.45MPa。如果20 C时的充气压力为075MPa(相当于断路器中常用的工作气压），则对应的液化第86页/共100页第八十七页，共100页。温度约为-25，如果(rgu)20时的充气压力为0.45MPa，则对应的液化温度为-40，可见一般不存在液化问题，只有在高寒地区才需要对断路器采用加热措施，或采用SF6-N2混合气体来降低液化温度。(二）毒性(d xn)分解物 纯净的SF

42、6气体是无毒惰性气体，180摄氏度以下时它与电气设备中材料的相容性与氮气(dn q)相似。但SF6的分解物有毒，并对材料有腐蚀作用，因此必须采取措施以保证人身和设备的安全。第87页/共100页第八十八页，共100页。使SF6气体分解(fnji)的原因：电子碰撞、热和光辐射.在电气设备中引起分解的原因主要是前两种，它们均因放电而出现。大功率电弧（断路器触头间的电弧或GIS等设备内部的故障电弧）的高温会引起SF6气体(qt)的迅速分解，而火花放电、电晕或局部放电也会引起SF6气体(qt)的分解。针对SF6气体(qt)毒性分解物的措施：通常采用吸附剂.吸附剂主要有两方面作用：第88页/共100页第八

43、十九页，共100页。吸附分解(fnji)物和吸附水分常用(chn yn)的吸附剂有：活性氧化铝和分子筛 通常吸附剂的放置(fngzh)量不小于SF6气体重量的10%.(三）含水量 水分是SF6气体中危害最大的杂质，因为：水分会影响气体的分解物 与HF形成氢氟酸，引起材料的腐蚀与导致机械故障 低温时引起固体介质表面凝露，使闪络电压急剧降低第89页/共100页第九十页，共100页。控制气体含水量的措施：避免在高湿度气体条件下进行装配工作；安装前所有部件都要经过干燥处理(chl)；保证良好的密封，否则会使设备内的SF6气体泄漏到大气中去，而大气中的水气也会渗入设备内。第90页/共100页第九十一页，

44、共100页。二、六氟化硫混合气体SF6气体(qt)价格较高 液化温度(wnd)不够低 对电气(dinq)不均匀度太敏感 目前国内外都在研究SF6混合气体，以期在某些场合用SF6混合气体来代替SF6气体 目前已获工业应用的是SF6-N2混合气体，主要用作高寒地区断路器的绝缘媒质和灭弧材料，采用的混合比通常为50%：50%或60%：40%。第91页/共100页第九十二页，共100页。三、气体绝缘电气设备三、气体绝缘电气设备（一）封闭（一）封闭(fngb)(fngb)式气体绝缘组合电器（式气体绝缘组合电器（GISGIS）GISGIS由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、由断路器、隔离开关、接

45、地刀闸、互感器、避雷器、母线、连线和出线终端等部件组合而成，全部封闭母线、连线和出线终端等部件组合而成，全部封闭(fngb)(fngb)在在SF6SF6金属外壳中。金属外壳中。与传统的敞开式配电装置相比，与传统的敞开式配电装置相比，GISGIS具有下列突出优点：具有下列突出优点：第92页/共100页第九十三页，共100页。（1）大大节省占地面积和空间体积(tj)：额定电压越高，节省得越多。（2）运行安全可靠：GIS的金属外壳是接地的，即可防止运行人员触及带电导体，又可使设备运行不受污秽、雨雪、雾露等不利(bl)的环境条件的影响。第93页/共100页第九十四页，共100页。（3 3）有利于环境保

46、护，使运行人员不受电场和磁场的影响）有利于环境保护，使运行人员不受电场和磁场的影响(yngxing)(yngxing)。（4 4）安装工作量小、检修周期长。）安装工作量小、检修周期长。（二）气体绝缘管道输电线（二）气体绝缘管道输电线 气体绝缘管道输电线亦可称为气体绝缘电缆（气体绝缘管道输电线亦可称为气体绝缘电缆（GIC)GIC)，它与充油电缆相比具有下列优点：，它与充油电缆相比具有下列优点：第94页/共100页第九十五页，共100页。(1)电容量小：GIC的电容量大约(dyu)只有充油电缆的1/4左右,因此其充电电流小、临界传输距离长。(2)损耗小：常规充油电缆常因电介质损耗较大而难以用于特高

47、压，而GIC的绝缘主要是气体介质，其介质损耗可忽略不计，已研制成特高压等级(dngj)的产品。第95页/共100页第九十六页，共100页。(3)传输容量大：常规电缆由于制造工艺等方面的原因，其缆芯截面一般不超过2000mm2，而GIC则无此限制，所以(suy)GIC的传输容量要比充油电缆大，而且电压等级越高，这一优点越明显。(4)能用于大落差(luch)场合。第96页/共100页第九十七页，共100页。(三)气体(qt)绝缘变压器 气体绝缘变压器（GIT）与传统的油浸式变压器相比有以下(yxi)优点：（1）GIT是防火防爆型变压器，特别适用于城市高层建筑(o cn jin zh)的供电和用于地

48、下矿井等有防火防爆要求的场合。（2）气体传递振动的能力比液体小，所以GIT的噪声小于油浸变压器。（3）气体介质不会老化，简化了维护工作。第97页/共100页第九十八页，共100页。除了以上所介绍的气体绝缘电气设备外，SF6气体还日益广泛应用到一些其他电气设备中，诸如(zhr)：气体绝缘开关柜 环网供电单元 中性点接地电阻器 中性点接地电容器 移相电容器 标准电容等第98页/共100页第九十九页，共100页。小 结 电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大；为了吸附SF6中有毒分解物和水分，采用吸附剂；SF6混合气体在电气设备中获得应用；了解(lioji)几种气体绝缘电气设备：封闭式气体绝缘组合电器(GIS)；气体绝缘管道输电线；气体绝缘变压器。第99页/共100页第一百页，共100页。